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冰藻

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冰藻是生長在常年或多年冰封海域及陸冰區域的藻類，其對極地海洋海冰的初級生產起著重要的作用。在缺乏光照、冰蓋覆蓋的季節，冰藻爆發生長形成的水華對支持處於高營養級的消費者極為重要。冰藻通常集中於冰層底部，但有時也出現在存在融冰的池塘，甚至是地面。

淡水中也存在冰藻，其組成常常與海中的冰藻大不相同。冰藻會改變冰川及冰層的顏色和反照率。

海冰藻

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適應海冰環境

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海冰中的微生物十分多樣，其中的優勢物種依位置、冰類型和輻照度有所不同[1][2][3]。總體而言，羽紋矽藻目（例如北極的Nitschia frigida和南極的Fragilariopsis）[4][5]較易發展成優勢物種。形成於冰底部約一米長纖維的Melosira arctica正如其名，常見於北極，是海洋動物的重要食物[5]。藻類在碎冰形成時聚集，由海水進入海冰中，此時大量原生生物和細菌隨海冰浮出水面。海水結冰形成大量氣泡，海冰藻就出現在這些氣泡中[6]，在熔池（英語：melt pond）（海冰融化形成的水域）的冰面上也有分布。熔池中的優勢藻類因含鹽度有所不同，含鹽度越高，矽藻類就越集中[7]。藻類適應陰暗無光的環境，在冰層中垂直分布主要受到可獲得營養的限制。海冰底部稀鬆多孔，離富有營養的海水最近，這使得底層聚集了最多的海藻[8]。

生物體若要在艱苦的極地海洋環境生存，必須能夠適應含鹽度、溫度以及光照度的極端變化。海冰藻能夠生產滲透物（英語：osmolyte）（例如二甲基巰基丙酸），既能抵抗海冰形成導致的高鹽環境，又能在溫暖季節海冰融化期適應低鹽環境。

一些海冰藻分泌膠狀的細胞外聚合物（英語：Extracellular polymeric substance）（EPS）——聚冰蛋白質（ice-binding proteins，IBP）以保護細胞免遭水分子結冰膨脹和結冰—融冰循環的損害。[9]EPS能夠改變冰的微結構，為以後的藻類爆發創造環境。居住在冰面的藻類還會分泌一種天然色素來抵禦紫外線的侵害。這種葉黃素能夠在春季融冰時保護藻類，使其不被能夠穿過液態水的紫外線輻射[2]。海冰藻對光照的高效利用能夠在春季剛來臨時形成較多的聚落，進而產生大量葉黃素形成保護[6]。

在生態系中的作用

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在極地海洋生態系的初級生產中，冰藻起著至關重要的作用。作為極地食物網的基礎，通過光合作用，它們把二氧化碳和無機營養物質轉化成氧氣和有機物。在北極圈內，冰藻在初級生產中的參與度從3%~25%到高緯度的50%~70%不等[10][11]。海冰藻通常在海冰底部積累生物質，供端足類（磷蝦等）和橈腳類動物食用，而這些小動物最終又成為魚類、鯨、海豚和企鵝的食物[6]。海冰藻離開冰面後，沉入海底，被無脊椎海底生物尤其是浮游動物享用[2]。海冰藻富含不飽和脂肪酸，其中的omega-3脂肪酸對橈腳類動物的產卵、孵卵，以及浮游動物的生長發育相當重要[2][12]。

時間變化

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在南極洲，一塊浮冰的下表面因南極磷蝦捕食冰藻而呈現綠色

海冰藻爆發時機對整個海底生態有明顯的影響。爆發通常在春季剛有日照時開始，早於浮游植物，因後者的生長需要更多光照和更溫暖的水中環境。[12]冰藻早在冰面融化前就可能成為更高營養級動物的食物[12]。另一方面，海冰藻在初級生產量中所占比例與冰的狀況密切相關。例如海冰厚度能夠影響透光程度，進而改變冰藻爆發的時機和規模等[13]。這種規律存在於不同的生態系，[14]不了解此一規律的捕食者（例如白令海里的明太魚）可能會捕不到食[15]。

與氣候變化的關係

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氣候變化、兩極變暖對生態系具有潛在影響。據預測，極地冰蓋的減少會降低海底初級生產總量中冰藻所占的比率。海冰變薄在早春可以帶來更高的生產量[16][17]，但過早融冰會縮短冰藻的生長時長，並引起海水分層（英語：stratification (water)）異常。這種異常將導致冰藻生長所需營養的分布變化，加深混合層（英語：mixed layer）的深度，抑制深水區的營養物質上升。由於浮游植物常以冰藻為營養來源，此變化最終將影響浮游生物的產量和食物鏈／食物網中更高級別生物的產量[17][10]。正因為食物鏈／食物網中的初級消費者隨著冰藻爆發而覓食，作為生產者的冰藻，其產量隨時間和地域的變化會最終影響整個生態系。

冰藻產生的二甲基巰基丙酸在碳循環中起著作用。浮游生物將之氧化成與雲的形成有關的二甲硫醚。雲能夠顯著地改變某地區的雨量和反照率，形成正反饋[18]。雲層提高大氣反射回太空的日光輻照度（英語：solar irradiance），使地球變涼，為冰藻的產生提供良好的環境。1987年有研究表示雲凝結核（二甲硫醚屬其中一種）的數量正在加倍，逐漸抵消全球暖化帶來的溫室效應[19]。

用作追蹤古氣候的冰藻

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海冰在全球氣候的地位重要[20]。由於人造衛星觀測到的時間跨度與海冰經歷的地質年代相比極為短暫，可信度不高[21]。古氣候學家能夠通過觀察冰核來研究陸冰，而要研究海冰就只能使用替代品，例如一些矽藻和溝鞭藻囊孢（英語：Dinocyst）、介形蟲、有孔蟲類生物。

居住在海冰上的生物體在融冰時脫離冰面，落入水底，其中一部分被埋入泥沙，成為科學家日後發掘的岩樣。從碳氧同位素的變化可以推斷出海冰的變遷。這些樣本個體對觀測有利有弊：它們可能數量很多，但觀測效果也許不盡如人意[22]。

陸冰藻

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陸地上同樣存在冰藻。由於生存環境的不同，陸冰藻和海冰藻的組成相差甚大。同為陸冰藻，不同種類也會形成不同的菌落，例如可在白天融雪的冰川表面發現低溫陸冰藻[23]。在長期封凍的冰川上，藻類的聚集使冰川外層的顏色改變，形成「西瓜雪」的景象。

與氣候變化的關係

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近年的研究揭示了冰藻對冰層融化速度的影響。冰藻聚集導致冰川外層顏色變深，會加速陽光的吸收，進而加快冰層融化[24]。

參考資料

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  1. ^ Rysgaard, Søren; Kühl, Michael; Glud, Ronnie Nøhr; Hansen, Jens Würgler. Biomass, production and horizontal patchiness of sea ice algae in a high-Arctic fjord (Young Sound, NE Greenland). Marine Ecology Progress Series. 2001-11-28, 223: 15–26 [2018-08-28]. ISSN 0171-8630. doi:10.3354/meps223015. （原始內容存檔於2018-06-05） （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Arrigo, Kevin R.; Brown, Zachary W.; Mills, Matthew M. Sea ice algal biomass and physiology in the Amundsen Sea, Antarctica. Elem Sci Anth. 2014-07-15, 2 (0) [2018-08-28]. ISSN 2325-1026. doi:10.12952/journal.elementa.000028. （原始內容存檔於2017-03-16） （英語）. 
  3. ^ Poulin, Michel; Daugbjerg, Niels; Gradinger, Rolf; Ilyash, Ludmila; Ratkova, Tatiana; von Quillfeldt, Cecilie. The pan-Arctic biodiversity of marine pelagic and sea-ice unicellular eukaryotes: a first-attempt assessment. Marine Biodiversity. 2010-11-11, 41 (1): 13–28 [2018-08-28]. ISSN 1867-1616. doi:10.1007/s12526-010-0058-8. （原始內容存檔於2018-06-14） （英語）. 
  4. ^ Rózańska, Magdalena; Gosselin, Michel; Poulin, Michel; Wiktor, Józef Maria; Michel, Christine. Influence of environmental factors on the development of bottom ice protist communities during the winter–spring transition. Marine Ecology Progress Series. 2009-07-02, 386: 43–59 [2018-08-28]. ISSN 0171-8630. doi:10.3354/meps08092. （原始內容存檔於2018-06-05） （英語）. 
  5. ^ 5.0 5.1 Role of sea ice in global biogeochemical cycles: emerging views and challenges. Quaternary Science Reviews. 2013-11-01, 79: 207–230 [2018-08-28]. ISSN 0277-3791. doi:10.1016/j.quascirev.2013.04.011. （原始內容存檔於2015-03-29） （英語）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Mock, Thomas; Junge, Karen. Psychrophilic Diatoms. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology. Dordrecht: Springer Netherlands. 2007: 343–364. ISBN 9781402061110. doi:10.1007/978-1-4020-6112-7_18 （英語）. 
  7. ^ Lee, Sang H.; Stockwell, Dean A.; Joo, Hyoung-Min; Son, Young Baek; Kang, Chang-Keun; Whitledge, Terry E. Phytoplankton production from melting ponds on Arctic sea ice. Journal of Geophysical Research: Oceans. 2012-04, 117 (C4): n/a–n/a. ISSN 0148-0227. doi:10.1029/2011jc007717 （英語）. 
  8. ^ David Neville, Thomas. Sea Ice Third edition. Chichester, UK. ISBN 9781118778371. OCLC 967512576. 
  9. ^ Krembs, Christopher; Eicken, Hajo; Deming, Jody W. Exopolymer alteration of physical properties of sea ice and implications for ice habitability and biogeochemistry in a warmer Arctic. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2011-03-01, 108 (9): 3653–3658 [2018-08-28]. ISSN 0027-8424. PMC 3048104 可免費查閱. PMID 21368216. doi:10.1073/pnas.1100701108. （原始內容存檔於2015-12-28） （英語）. 
  10. ^ 10.0 10.1 Kohlbach, Doreen; Graeve, Martin; A. Lange, Benjamin; David, Carmen; Peeken, Ilka; Flores, Hauke. The importance of ice algae-produced carbon in the central Arctic Ocean ecosystem: Food web relationships revealed by lipid and stable isotope analyses. Limnology and Oceanography. 2016-07-08, 61 (6): 2027–2044. ISSN 0024-3590. doi:10.1002/lno.10351 （英語）. 
  11. ^ Gosselin, Michel; Levasseur, Maurice; Wheeler, Patricia A.; Horner, Rita A.; Booth, Beatrice C. New measurements of phytoplankton and ice algal production in the Arctic Ocean. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. 1997, 44 (8): 1623–1644. ISSN 0967-0645. doi:10.1016/s0967-0645(97)00054-4. 
  12. ^ 12.0 12.1 12.2 Leu, E.; Søreide, J.E.; Hessen, D.O.; Falk-Petersen, S.; Berge, J. Consequences of changing sea-ice cover for primary and secondary producers in the European Arctic shelf seas: Timing, quantity, and quality. Progress in Oceanography. 2011-07, 90 (1-4): 18–32. ISSN 0079-6611. doi:10.1016/j.pocean.2011.02.004. 
  13. ^ Mundy, C.J.; Barber, D.G.; Michel, C. Variability of snow and ice thermal, physical and optical properties pertinent to sea ice algae biomass during spring. Journal of Marine Systems. 2005-12, 58 (3-4): 107–120. ISSN 0924-7963. doi:10.1016/j.jmarsys.2005.07.003. 
  14. ^ Cushing D. Plankton production and year-class strength in fish populations: An update of the match/mismatch hypothesis. Advances in Marine Biology. 1990, (26): 249-294. 
  15. ^ Siddon, Elizabeth Calvert; Kristiansen, Trond; Mueter, Franz J.; Holsman, Kirstin K.; Heintz, Ron A.; Farley, Edward V. Spatial Match-Mismatch between Juvenile Fish and Prey Provides a Mechanism for Recruitment Variability across Contrasting Climate Conditions in the Eastern Bering Sea. PLOS ONE. 2013-12-31, 8 (12): e84526 [2018-08-29]. ISSN 1932-6203. PMC 3877275 可免費查閱. PMID 24391963. doi:10.1371/journal.pone.0084526. （原始內容存檔於2017-03-15） （英語）. 
  16. ^ Intergovernmental Panel on Climate Change. Integrated Risk and Uncertainty Assessment of Climate Change Response Policies. Climate Change 2014 Mitigation of Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press. : 151–206. ISBN 9781107415416. 
  17. ^ 17.0 17.1 Lavoie, Diane; Denman, Kenneth L.; Macdonald, Robie W. Effects of future climate change on primary productivity and export fluxes in the Beaufort Sea. Journal of Geophysical Research. 2010-04-23, 115 (C4). ISSN 0148-0227. doi:10.1029/2009jc005493 （英語）. 
  18. ^ Volume 20 Issue 02 - Oceanography. Oceanography. 2007-06-01, 20 (2) [2018-08-28]. ISSN 1042-8275. doi:10.5670/oceanog.2007. （原始內容存檔於2018-06-08）. 
  19. ^ Charlson, Robert J.; Lovelock, James E.; Andreae, Meinrat O.; Warren, Stephen G. Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. Nature. 1987-04, 326 (6114): 655–661. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/326655a0 （英語）. 
  20. ^ All About Sea Ice : National Snow and Ice Data Center. nsidc.org. [2018-08-28]. （原始內容存檔於2017-03-20） （英語）. 
  21. ^ Halfar, Jochen; Adey, Walter H.; Kronz, Andreas; Hetzinger, Steffen; Edinger, Evan; Fitzhugh, William W. Arctic sea-ice decline archived by multicentury annual-resolution record from crustose coralline algal proxy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013-12-03, 110 (49): 19737–19741 [2018-08-28]. ISSN 0027-8424. PMC 3856805 可免費查閱. PMID 24248344. doi:10.1073/pnas.1313775110. （原始內容存檔於2014-01-30） （英語）. 
  22. ^ de Vernal, Anne; Gersonde, Rainer; Goosse, Hugues; Seidenkrantz, Marit-Solveig; Wolff, Eric W. Sea ice in the paleoclimate system: the challenge of reconstructing sea ice from proxies – an introduction. Quaternary Science Reviews. 2013-11, 79: 1–8. ISSN 0277-3791. doi:10.1016/j.quascirev.2013.08.009. 
  23. ^ Komárek, Jiří; Nedbalová, Linda. Green Cryosestic Algae. Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology. Dordrecht: Springer Netherlands. 2007: 321–342. ISBN 9781402061110. doi:10.1007/978-1-4020-6112-7_17 （英語）. 
  24. ^ Witze, Alexandra. Algae are melting away the Greenland ice sheet. Nature. 2016-07-15, 535 (7612): 336–336. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/nature.2016.20265 （英語）. 

外部連結

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